浅谈水泥窑炉SNCR烟气脱硝方法创新

　我国是一个水泥生产大国。水泥总产量连续多年居世界第一位，约占世界总产量的一半。工艺技术和施工安装达到国际先进水平。“十五”期间，我国成为日产8000吨、10000吨生产线最多，并能够成套出口的水泥技术装备的强国。随着国家对烟气NOx排放控制政策要求的不断提高，所有水泥厂全部配套脱硝系统，同时对NOx的排放要求在200mg/Nm3以下。SNCR工艺被认为是目前可以用于水泥炉窑烟气脱除NOx的最好技术。水泥炉窑烟气脱硝的特点及应对措施如下。
　　（1）生产特点：尾气温度低；应对措施：使用氨水作为还原剂，脱硝效果更佳；（2）生产特点：喷射点的喷射深度浅；应对措施：采用微粒径、小刚性、高密度、大扩展角等性能的喷射器；（3）生产特点：运行工况稳定，参数变小；应对措施：可取消稀释水系统，降低除盐水的消耗，减少烟气温降；（4）生产特点：烟尘含尘浓度高；应对措施：对喷射器结构、材质及安装需要特别的设计；（5）生产特点：生产环境空气粉尘量较大；应对措施：采用电气间的形式，将现场设备、仪表、执行机构等进行相对密闭；（6）生产特点：生产环境空气粉尘量较大；应对措施：采用电气间的形式，将现场设备、仪表。
　　2 SNCR脱硝机理
　　所谓SNCR脱硝技术，就是在不使用催化剂的条件下，在烟道适宜处喷入氨或尿素等氨基还原剂，还原剂在其中迅速分解，与NOx反应生成N2和H2O，而基本不于其中的氧发生反应的技术。SNCR主要反应方程式为：
　　（1）氨为还原剂：NH3+NOx→N2+H2O；（2）尿素为还原剂： CO（NH2）2→2NH2+CO，NH2+NOx→N2+H2O，CO+NOx→N2+CO2；（3）当温度过高时，超过反应温度窗口时，氨就会被氧化成NOx：NH3+O2→NOx+H2O。
　　3 以氨水为还原剂的水泥炉窑SNCR脱硝工艺流程
　　喷射氨水的SNCR脱硝系统由氨水卸载系统、存储系统、计量系统、分配系统及氨水泵等构成。将水溶氨储存在储罐中毕工保持常温常压，用泵将其从储罐送到喷嘴处喷入分离器内即可使用，在喷嘴处用压缩空气来雾化水溶氨，用控制阀组来调节喷嘴的流量，当不需要喷水溶氨时用空气对系统进行吹扫，氨水溶液运输和处理方便，不需要额外的加热设备或蒸发设备，由于水泥炉窑脱硝系统需要的氨的容量较大，但氨水浓度较小，所以导致氨水的运输成本及储罐系统容量较大。
　　以氨水为还原剂的SNCR系统脱硝过程由四个基本过程完成：
　　（1）氨水的接收和储存还原剂；（2）还原剂的泵输送、计量；（3）在水泥炉窑合适位置注入稀释后的还原剂；（4）还原剂与烟气混合进行脱硝反应。
　　以氨水为还原剂的SNCR工艺原理如图1所示。
　　4 水泥炉窑SNCR脱硝设备的主要功能
　　（1）氨水卸载、储存、输送。脱硝装置设置了卸氨泵（一用一备）、氨水输送泵（一用一备）及采用不锈钢制作的氨水储存罐体。储存罐为卧式结构，罐体装有安全阀、压力监测、氮气压力补偿、液位计、温度显示仪，配有水封装置，并设有人孔、梯子、遮阳棚。（2）氨水计量、分配。氨水的计量和分配是脱硝系统的核心设备，计量装置的功能是测量还原剂流量、压力、温度等参数，并按照控制系统的要求向水泥炉窑提供足量的还原剂流量和压力。分配装置的功能是把经过计量的足量的还原剂按照要求输送到每一个喷射器以达到脱硝的目的。计量及分配装置的设备型号根据喷射系统的要求进行设计选型。（如图1）（3）还原剂喷射系统。还原剂喷射系统组件由316不锈钢材料制造，每一组喷射器都具有还原剂和空气的接入口，以达到NOx减排所需的流量和压力。喷射器的数量和安装位置需要根据水泥窑炉及特性、容量以及Nox初始浓度、脱硝效率等参数进行设计选型。根据水泥窑炉内烟气介质的不同，对于某些水泥窑炉需要配备伸缩装置，在喷射器不工作时，伸缩装置自动将喷射器缩回，避免磨损。（4）自动运行，无人值守。脱硝装置采用独立的控制系统（PLC）和电气系统。在电气间内设置电气柜和控制柜，柜体面板上设有人机界面（MMI），它可以提供给客户一套完整的控制系统。通过设定，可以实现自动运行，无人值守。（5）远程监控运行状态。脱硝装置的独立控制系统中，留有通讯接口，可以通过网络与上层控制系统（水泥炉窑的集中控制系统）进行通讯联络，可实现远程监控。（6）氨泄漏自动报警。脱硝装置设置有氨泄漏自动报警，在现场发生轻微氨水泄露时，通过自动检测装置实现自动报警，以提醒运行人员及早检查处置，避免氨泄漏事故的扩大。（7）氨泄漏自动喷淋。脱硝装置设置有自动喷淋装置，当发生氨水泄露事故时，该装置可以从遮阳棚上面进行自动喷淋，覆盖整个氨水罐体，有效减小氨水挥发带来的对周边环境的污染和危害。（8）远程视频监视。脱硝装置可设置远程视频监视系统。（9）全封闭室内布置。脱硝装置采用全封闭室内（柜内）布置，充分考虑生产现场的粉尘污染和低温环境，使设备及其操作处于相对安全的环境。（10）防爆级设计。脱硝装置内置设备部件选用防爆级设计，使整体设备的运行更加安全、可靠。
　　5 结语
　　（1）水泥炉窑SNCR脱硝系统运行后，脱硝效率50～80%，氨逃逸率小于8ppm满足最新环保排放要求，确保水泥品质；（2）集中控制系统，简化操作，可实现无人值班和远程监控；（3）建议在脱硝改造前的项目可行性研究中，应对电厂的工业水源、电源、除盐水量及其输送能力的备用情况进行详细的调查，从而找到适合本厂的最优SNCR脱硝方案。
　　参考文献：
　　[1]钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例.化学工业出版社，2002.
　　[2]秦岭.水泥分解炉内SNCR脱硝过程的模拟与优化[D].武汉理工大学，2011年.
　　[3]陈学功.SNCR烟气脱硝技术在水泥行业的应用.中国水泥，2012年.